CN210469311U

CN210469311U - 一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站

Info

Publication number: CN210469311U
Application number: CN201921806536.7U
Authority: CN
Inventors: 张祖良; 宋建斌
Original assignee: Fujian Fuqi Network Technology Co ltd
Current assignee: Fujian Fuqi Network Technology Co ltd
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2029-10-25

Abstract

本实用新型提供了一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，包括信号接收/发射器、低噪放、Modem、时钟芯片、第二处理器、功率放大器、第一处理器以及至少一个数字信号处理器，所述信号接收/发射器接收信号，经低噪放进行信号放大，后经所述数字信号处理器下变频，然后将模数转换成数字信号，输入所述第一处理器，进行数字下变频、抽取、滤波，输出各种不同带宽的通道，算出工作信号的频点，带宽，以及载波数供系统使用，然后再经过进行插值，滤波，NCO数字上变频，输出至所述数字信号处理器进行数模转换，同时射频端进行上变频，再发送给所述功率放大器，经过放大输出，进行信号的覆盖，从而实现多载波、多选频、多带宽的功能。

Description

一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站

【技术领域】

本实用新型涉及移动通信技术领域，特别是一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站。

【背景技术】

随着移动通信的快速发展，各运营商对移动网络的覆盖要求也不断提高，无线直放站在室内外移动通信信号覆盖方面具有很重要的作用。由于基站的覆盖区域有限，基站覆盖达到一定的程度之后就很难在网络中增加新的基站，同时建设基站的成本太高，基础设施也较复杂。特别在一些偏远的地区，业务量较少，就只需要无线直放站这种无线拉远设备就可以解决了，成本低，安装方便。无线直放站用于基站信号过弱的地区，作为中继的作用，通过将基站的信号放大，再拉远到更远的地区，扩大网络的覆盖范围，完善和优化网络信号覆盖质量，在通信网络中都得到了广泛的应用。

而现有的直放站一般由天线、射频双工器、低噪声放大器、混频器、电调衰减器、滤波器、功率放大器等元器件或模块组成，这些固定模块在重新规划频段和带宽的时候则只能重新更换硬件。目前通信制式从2G，3G，4G发展到现在的5G，现存的对讲机通信制式，以及一些民用通信制式。整个通信网络存在不同通信制式的共存，不同的通信制式又存在多载波、多带宽、多频率。必然会用到各种不同制式的通信设备。这样会存在一个问题，有的地区由于业务量的增加，需要增加载波数，或带宽的扩大，或频率的移动。特别是目前5G的出现，将原先的频段及带宽进行重新规划。这样导致原来安装好的设备不能用，需要重新开发设备将其换掉，或是需要人工去升级程序，这样大大的增加了人力成本，设备更换成本，以及维护的成本。

【实用新型内容】

为克服现有设备存在的缺陷，本实用新型在于提供一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，自适应完成多载波、多中心频点、多带宽的设置，无需人工干预。

本实用新型是这样实现的：一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，包括

信号接收/发射器；

低噪放，所述低噪放连接于所述信号接收/发射器；

至少一个集成射频、模数和数模转换的数字信号处理器，每所述数字信号处理器连接于所述低噪放；

功率放大器，所述功率放大器连接于每所述数字信号处理器；

第一处理器，所述第一处理器连接于每所述数字信号处理器；

第二处理器，所述第二处理器分别连接于所述第一处理器和每所述数字信号处理器；

时钟芯片，所述时钟芯片分别连接于所述第一处理器、第二处理器和每所述数字信号处理器；

Modem，所述Modem连接于所述第二处理器。

进一步地，所述数字信号处理器为AD80438芯片。

进一步地，所述数字信号处理器有四个。

进一步地，所述第一处理器为FPGA。

进一步地，所述第二处理器为ARM处理器。

进一步地，所述信号接收/发射器为天线。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，包括信号接收/发射器、低噪放、Modem、时钟芯片、第二处理器、功率放大器、第一处理器以及至少一个集成射频、模数和数模转换的数字信号处理器，所述信号接收/发射器接收信号，然后发送给低噪放进行信号放大，后发送给所述数字信号处理器经下变频，然后将模数转换成数字信号，输入所述第一处理器，所述第一处理器进行数字下变频、抽取、滤波，输出各种不同带宽的通道，算出工作信号的频点，带宽，以及载波数供系统使用，然后再经过进行插值，滤波，NCO数字上变频，输出至所述数字信号处理器进行数模转换，同时所述数字信号处理器的射频端进行上变频，再发送给所述功率放大器，经过放大输出，进行信号的覆盖，从而实现多载波、多选频、多带宽的功能。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的硬件原理图。

图2为窄带模式的设计框图。

图3为宽带模式的设计框图。

图4为自适应模式的设计框图。

【具体实施方式】

请参阅图1至图4所示。

本实用新型提供一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，包括

信号接收/发射器，用于接收和发射信号，在具体实施中，可以采用天线；

低噪放，所述低噪放连接于所述信号接收/发射器；所述低噪放用于将有用信号放大，抑制信号中的噪声信号，提高信噪比；图1中LAN即为所述低噪放。

至少一个集成射频、模数和数模转换的数字信号处理器，每所述数字信号处理器连接于所述低噪放；所述数字信号处理器为集成射频以及模数、数模转换的芯片，从而可以将低噪放输入过来的信号经下变频，然后将模数转换成数字信号发送给所述第一处理器；或者将接收到所述第一处理器反馈的信号进行数模转换，同时所述数字信号处理器的射频端进行上变频，再发送给所述功率放大器，经过放大输出。

功率放大器，所述功率放大器连接于每所述数字信号处理器；所述功率放大器的英文名称:power amplifier，缩写：PA，简称"功放"，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。图1中PA即为所述功率放大器。

第一处理器，所述第一处理器连接于每所述数字信号处理器；所述第一处理器主要用于对信号进行滤波、频率搬移等，在具体实施中可采用FPGA，FPGA是一种现场可编程器件，有较高的灵活性进行信号处理。

第二处理器，所述第二处理器分别连接于所述第一处理器和每所述数字信号处理器；所述第二处理器主要用于给所述数字信号处理器、第一处理器、时钟芯片进行配置，从而实现远程参数设置，而无需到直放站现场进行设置。同时通过所述Modem进行信息传递，与机房进行远程通信，例如，与机房进行远程告警提醒、远程的参数设置。在具体实施中，所述第二处理器可采用ARM处理器。

时钟芯片，所述时钟芯片分别连接于所述第一处理器、第二处理器和每所述数字信号处理器；所述时钟芯片主要是为了给数字模块的各个芯片提供多了的同步时钟。在具体一实施例中，时钟芯片为AD04805，AD04805可以输出多路的同步时钟，供给多个处理器及模块使用。

Modem，所述Modem连接于所述第二处理器。所述Modem用于实现所述第二处理器和机房进行远程通信，实现信息传递。Modem也称调制解调器，俗称“猫”。

在具体实施中，优选的一实施例：所述数字信号处理器为AD80438芯片。AD80438芯片为的单通道集成射频、模数以及数模转换的芯片,其频率范围是：300M至6000M，可实现上、下行两条链路的设计。

所述数字信号处理器有四个。设计4个所述数字信号处理器主要是为了满足全网通信号覆盖的需求。AD80438芯片一个通道是一个载波，那么四个AD80438芯片也可以组成四个载波，通过远程的Modem设置参数给ARM处理器，ARM处理器就会相应的配置AD80438芯片，修改其滤波参数及频率，实现带宽及频率的变化。

所述第一处理器为FPGA。在具体一实施例中，所述FPGA是采用xilinx的A7苾片，由于FPGA是一种现场可编程器件，有较高的灵活性进行信号处理，只要修改软件便可以实现各种不同的功能需求。在本实用新型的硬件基础上，在不对软件程序进行创新的情况下，实现的多载波数量有限，即一个载波对应一个AD80438芯片，而如果基于本实用新型的硬件基础(即只需4个AD80438芯片)上，对窄带模式、宽带模式、自适应模式进行设计，还可实现多载波、多选频、多选带的功能，从而适应不同场景的使用需求，而无需增加AD80438芯片硬件设备，降低硬件成本。而窄带模式、宽带模式、自适应模式进行设计主要就是在所述PFGA内部实现。

所述第二处理器为ARM处理器。

所述信号接收/发射器为天线。

下行：基站信号经由天线接收，发送给所述低噪放，经过所述低噪放输入，然后经过AD80438芯片下变频，然后AD80438芯片将模数转换成数字信号，输入主处理器FPGA，FPGA进行NCO数字下变频，抽取，滤波，输出各种不同带宽的通道，然后FPGA再经过插值，滤波，NCO数字上变频，输出至AD80438芯片进行数模转换，同时AD80438芯片的射频端进行上变频，再发送给所述功率放大器放大输出，再通过天线发射出去，进行信号的覆盖。

上行：手机用户的信号经过经由天线接收，发送给所述低噪放，经过所述低噪放输入，然后经过AD80438芯片下变频，然后AD80438芯片将模数转换成数字信号，输入主处理器FPGA，FPGA进行NCO数字下变频，抽取，滤波，输出各种不同带宽的通道，然后FPGA再经过插值，滤波，NCO数字上变频，输出至AD80438芯片进行数模转换，同时AD80438芯片的射频端进行上变频，再发送给所述功率放大器放大输出，再通过天线发射出去，再到基站，形成信号链路的回环。

实施例：

天线接收信号，发送给所述低噪放，经过所述低噪放输入，然后经过AD80438芯片下变到0频，其0频的带宽为100M。采用频率由实际项目的使用需求来定，例如，采用的采样率是122.88M，故按100M带宽的信号来设计，因为目前5G的一个载波的带宽就是100M。然后AD80438芯片将模数转换成数字信号，输入主处理器FPGA，FPGA进行NCO数字下变频，抽取，滤波，输出各种不同带宽的通道，此时如果不对FPGA进行软件程序上的创新设计，则只能实现有限数量的多载波、多中心频点(即多选频)、多带宽(即多选带)的选择。而在本实用新型的硬件基础上，要实现多载波、多选频、多带宽的功能，则需要处理宽带模式，窄带模式，以及自适应模式。宽带与窄带模式的区别主要是为了节省FPGA资源考虑，宽带模式以1M至100M为定义，窄带模式以6.25K至1M为定义，两种模式的滤波处理机制不同。自适应模式主要是通过3.125K的窄带信号进行扫频，每个间隔点进行功率判断，以算出工作信号的频点，带宽，以及载波数供系统使用。然后FPGA再经过插值，滤波，NCO数字上变频，输出至AD80438芯片进行数模转换，同时AD80438芯片的射频端进行上变频，再发送给所述功率放大器放大输出，进行信号的覆盖。

图1为本发明的硬件原理图。其中，AD80438芯片为的单通道集成射频、模数以及数模转换的芯片，其频率范围是：300M至6000M，可实现上下行两条链路的设计。设计4个AD80438芯片主要是为了满足全网通信号覆盖的需求。主处理芯片FPGA是采用xilinx的A7苾片，由于FPGA是一种现场可编程器件有较高的灵活性进行信号处理，只要修改软件便可以实现各种不同的功能需求。时钟芯片，主要是为了给数字模块板的各个芯片提供多路的同步时钟，即为AD80438芯片、FPGA提供多路同步时钟。ARM处理器主要是给AD80438芯片、FPGA、时钟芯片进行配置启动，以及通过所述Modem的信息传递，与机房进行远程的告警提醒，以及远程的参数设置。

图2为窄带模式的设计，主要在FPGA内部实现，AD80438芯片的基带采样率是122.88M，本设计窄带的定义为6.25K至1M，由于窄带信号的载波数比较多，同时窄带的带宽比较小，比如25K的带宽信号，需要将采样率为122.8M抽取到接近25K的采样率，这样才能减少滤波器的滤波阶数。例如，针对25K的带宽的处理是，122.88M抽取96后，得到1.28M的采样率，然后通过1.28M进行单速率滤波6.25K的带宽，其阶数为58阶

为了节省FPGA的资源，先进行相应频点的NCO选频，然后采用CIC进行抽取，将采样率降低后，进行FIR的单速率滤波，然后进行CIC相应的插值把速率插到122.88M，最后进行NCO数字上变频回去。具体的抽取率、滤波器系数、载波数需要通过ARM进行设置。

图3为宽带模式的设计，主要在FPGA内部实现，AD80438芯片的基带采样率是122.88M，例如，窄带的定义为1M至100M。宽带中设计两种滤波通道，第一种是1M至20M的带宽，需降122.88M抽取至30.72M。第二种是20M至100M的带宽，直接122.88M的单速率滤波。信号处理的流程：AD80438芯片的信号输入，然后在FPGA中进行数字下变频进行选频。第一种方式就进行抽取与插值为4，第二种方式直接单速率滤波。最后进行数字上变频输出给AD80438芯片输出。

图4为自适应模式的设计，此模块主要是为了确定系统工作的载波数，载波频点，以及载波带宽。当然前提是FPGA中要设计好，最大数量的载波数，以供实际应用的需求。由于AD80438芯片是一个集成AD、DA、RF为一体的苾片，因此可以满足我们不同频率的需求。首先自适应的频率范围在100M内，如果现场的设备需要改成超出100M范围的频率范围时，需要机房通过Modem进行设置AD80438芯片的射频频率，例如：原来是1.9G的频段，现在要改成2.6G，那边只需要在机房通过Modem发指信给无线直放站设备，就可以将100M带宽的信号搬到2.6G上。AD80438芯片的基带采样率是122.88M，为了实现6.15K至100M带宽的识别，首先在FPGA中产生一个3.125K的窄带信号，进行3.125K的间隔进行扫频。每个3.125K的频点，通过I²+Q²的公式，计算出每个点的平均功率，其中，I与Q是复数的表达方式，实数信号通过调制可以生成一路I与一路Q的信号。I信号与Q信号相位相差90度。当从0M至100M全部扫频完成后，可以得出连续的带宽是多少M，不连续的有几个载波，知道了带宽的大小就可以计算出此载波带宽的中心频率是多少。便可以得到载波数是多少，载波的带宽是多少，载波的频点是多少。最后将这些参数设置转给ARM处理器，ARM处理器根据所传来的参数进行计算，并将计算出的滤波器的滤波系数，具体一计算实施例为：

所述ARM处理器中跑的是Linux系统，通过所述ARM处理器运行matlab中的函数remezord函数，remezord函数是采用最佳逼近最大最小准则算法来进行滤波器设计的。

其运行的.m文件为：

b为求出来的滤波器系数：

最后把b转化成十六进制数设置给FPGA宽带及窄带滤波通道中，进行相应的宽带模式和窄带模式的滤波处理。最后便可以自适应完成中心频点，带宽，载波数的设置，无需人工干预。实现了智能化的自适应多选频多带宽的数字无线站设备。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，其特征在于：包括

信号接收/发射器；

低噪放，所述低噪放连接于所述信号接收/发射器；

Modem，所述Modem连接于所述第二处理器。

2.如权利要求1所述的一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，其特征在于：所述数字信号处理器为AD80438芯片。

3.如权利要求1或2所述的一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，其特征在于：所述数字信号处理器有四个。

4.如权利要求1所述的一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，其特征在于：所述第一处理器为FPGA。

5.如权利要求1所述的一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，其特征在于：所述第二处理器为ARM处理器。

6.如权利要求1所述的一种自适应多载波、多选频、多选带的无线直放站，其特征在于：所述信号接收/发射器为天线。